专利视角下石油钻机技术分析与对策研究*

□ 肖 虎 □ 淮 超 □ 李晓康 □ 刘海峰 □ 张虎山 □ 戴嘉庆

1.中油国家油气钻井装备工程技术研究中心有限公司 陕西宝鸡 721002 2.宝鸡石油机械有限责任公司 陕西宝鸡 721002

1 研究背景

石油钻机是油气勘探、开发作业中的主要钻井装备,为钻井服务,随钻井技术的发展而发展。油气资源的开发水平在一定程度上依赖于钻井装备的技术水平。近年来,我国在石油钻机技术研发方面取得了长足的进步,先后在管柱自动化、超深井钻机、钻机整体移运、司钻集成控制等方面掌握了一批先进技术[1],提升了钻机自动化水平,有效支撑了石油企业完成钻完井提速提效、增储增产的要求和目标。

世界知识产权组织的研究表明,全世界的发明创造信息90%以上首先通过专利文献反映出来[2]。专利是最直接反映科技发展水平、行业技术路径,以及最新动态的情报文献[3]。笔者基于我国石油钻机专利数据,采用关键词检索法,通过对近十年的专利申请量、地域分布、申请人排名、国际专利分类技术构成,以及核心专利等信息进行统计分析,揭示出我国石油钻机技术领域当前的专利活动特点,并有针对性地提出对策建议,进而为石油钻机技术领域的科研创新及企业发展提供参考。

2 专利检索

智慧芽全球专利数据库有超过1.5亿条全球专利数据,覆盖116个国家和地区,提供精准、多维度、可视化的专利情报。笔者将智慧芽专利数据库搜索引擎作为检索工具,针对石油钻机八大系统主要部件,采用关键词检索法,关键词检索范围为专利的名称和摘要,对2010年至2020年间相关公开专利进行检索。经过同族合并、人工去噪后,最终的检索结果为1 958件。由于专利自申请日起满18个月予以公布,因此2020年的数据仅供参考,同时不影响整体分析。

3 专利分析

3.1 专利总体情况

在石油钻机技术领域内,专利总体情况见表1。发明专利与实用新型专利数量的比值在一定程度上能够反映技术创新程度的高低。2020年国内发明专利与实用新型专利数量的比值为0.511,石油钻机类比值为0.454,略低于国内平均水平。

表1 石油钻机专利总体情况

3.2 专利申请整体趋势

近十年来,与石油钻机相关的专利申请数量整体呈缓慢增长的趋势。如图1所示,石油钻机专利申请数量的变化与国际油价走势基本吻合,并呈现一定的滞后性。当国际油价在低位时,研发投资减少,专利申请量下降[4-5]。近两年,国际油价相对较低,而专利申请量在走高,说明石油装备制造行业技术创新能力在提高,知识产权保护意识增强。

▲图1 石油钻机专利申请整体趋势

3.3 专利地域分布

对于专利合作条约申请,在进入目标国前,申请人需要充分考虑技术质量、经济价值,以及投入产出比。石油钻机专利技术地域分布见表2。由表2可以看出,我国本土专利数量为1 929件,占比98.52%,高居第一。国外在我国的专利占比,美国、英国、荷兰依次为1.38%、0.05%、0.05%。我国专利申请人通过专利合作条约途径递交的国际专利申请仅有4件,作为石油钻机出口大国,相比而言,反映出技术创新程度不够高,海外专利布局意识不强。

表2 石油钻机专利技术地域分布

3.4 专利申请人排名

通过专利申请人排名,可以看出石油钻机技术领域内各主要公司拥有的专利数量,了解技术领域内的主要公司和竞争情况。石油钻机专利申请人排名如图2所示。由图2可以看出，前八位申请人均为企业,前三依次为宝鸡石油机械、四川宏华、山东科瑞,没有高校专利申请人,说明高校专利量占比不高,表明校企协同创新力度不够。

▲图2 石油钻机专利申请人排名

3.5 国际专利分类技术构成

分析石油钻机技术领域内主要技术分支的占比情况,可以了解主要技术分支的创新热度。另一方面,当前技术布局的空白点可能成为潜在机会。石油钻机专利国际专利分类技术构成见表3。由表3可见,石油钻机专利技术主要分布在E21B15、E21B19、E21B7、B66D1分类。各种类型的钻机,如连续运动起下钻钻机、极地钻机、齿轮齿条钻机、超深井钻机等及其结构创新,使E21B15分类专利约占1/4。E21B19分类专利约占1/5,主要缘于管柱自动化技术的高速发展。随着钻机自动化技术的发展,以及控制技术水平的提高,E21B44分类专利占比达到6.03%。

表3 石油钻机专利国际专利分类技术构成

3.6 核心专利

专利引证提供了技术的关联性指标,通过专利引证,可以挖掘出有重要影响力的核心专利[6]。在石油钻机技术领域内,前五项高频被引专利见表4,主要集中在管柱处理系统。分析同一发明所拥有的同族专利数量,有助于评价专利的重要性。在石油钻机技术领域内,同族数量最多的前八项专利见表5,主要通过工艺流程优化、整体结构创新实现技术引领。由表5可见,我国专利申请主体偏向技术研究,但缺少足够高端和前沿技术方面的专利成果。

表4 石油钻机高频被引专利

表5 石油钻机同族数量最多专利

4 对策建议

(1)加强海外专利布局,维护提升国际市场地位。

随着知识产权经济的发展,专利资源已经逐渐成为国家产业发展的战略性资源。通过专利布局占领目标市场,已经成为跨国企业争夺和控制国外市场的重要手段。我国是石油钻机出口大国,我国企业应当加强海外专利布局,以保护核心技术,对抗竞争对手或参与行业竞争,进而维护、提升国际竞争优势和市场地位。如CN205154040U号公开了一种直立行走钻机井架上段折叠机构[7],这是国内石油装备制造企业针对中东沙漠地区特殊环境而设计的一种直立移运后折叠井架[8],基于专利保护的地域性原则,宜考虑在出口国进行相关专利布局。

(2)组建专利联盟,推动技术共享,进而促进标准应用。

专利联盟是企业之间基于共同的战略利益,以相关的专利技术为纽带形成的联盟。通过组建石油钻井装备专利联盟,构筑专利池,推动各个研发主体在技术上的合作共享,有利于专利技术的推广应用。目前,我国出口的石油钻机大多数被客户要求采用美国石油学会标准,联盟企业应重视标准必要专利的作用,依托专利池,促进相关国家标准和行业标准的制定[9],积极参与国际标准化活动,使中国标准真正走向世界,发挥作用,保护我国出口石油钻机的利益。

(3)产学研用协同创新,推进高端装备研发应用。

我国常规石油钻井装备在研发能力和制造规模方面处于国际领先水平,但是高端装备缺乏核心竞争力,相比发达国家仍有差距。应当建立以企业为主体,以市场为导向,产学研用相结合的协同创新实体,有效整合不同创新主体间的科技资源,发挥联合攻关的技术优势,集中攻关一批“卡脖子”技术,协同推进高端装备的研发,加速创新成果转化应用[10]。

(4)装备技术与信息技术深度融合,提升石油钻机智能化水平。

近几年来,依据中石油“六年三代”钻井工程装备“四化”建设长期规划,国内石油钻机自动化水平得到了本质提升,初步实现了“五省”效果。但是,油气装备产业的信息化程度较低,仍处于初级阶段。随着物联网、云计算、大数据、人工智能、区块链等信息技术的突飞猛进发展,油气装备技术应当与信息技术深度融合,着力进行石油钻机远程故障诊断及技术服务、石油钻机系统关键装备自主决策和智能联动等关键技术研究,提升我国石油钻机数字化、智能化水平,为实现智能钻井提供装备保障。

(5)开发应用石油钻机节能技术,助力实现降碳减排目标。

在能源转型的道路上,化石能源在相当长时间内还将起到不可替代的作用。在石油钻井过程中,存在严重的能源浪费情况,在碳达峰、碳中和约束条件下,石油装备企业应加大石油钻机节能技术开发应用力度,如CN202673478U号公开的石油钻机余热发电装置技术,CN103414253A、CN110748464A、CN104806201A号公开的石油钻机动能回收技术,通过提高能源效率来减少温室气体排放,进而助力石油行业实现降碳减排目标。

5 结束语

笔者通过对近十年来我国石油钻机技术领域内的专利信息进行统计分析,揭示当前这一领域专利活动所具有的特点:在行业整体技术创新能力提高,知识产权保护意识增强的同时,海外专利布局意识不强,校企协同创新力度不足,高端装备技术创新程度不够。针对分析结果,有针对性地提出重视海外专利布局、组建专利联盟、产学研用协同创新、装备技术与信息技术深度融合发展、开发应用节能技术等对策建议。